DE102005036193A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Bei der Steuerung eines wenigstens einen Injektor aufweisenden Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzumessung in eine erste Teileinspritzung und wenigstens eine zweite Teileinspritzung aufgeteilt ist und wobei ein die mittels des wenigstens einen Injektors einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmendes Steuersignal in Abhängigkeit von einer Druckwellenbeeinflussung der wenigstens zwei Teileinspritzungen korrigiert wird, ist vorgesehen, dass die Druckwellenkorrektur auf der Grundlage eines physikalischen Modells durchgeführt wird, welches die Wirkung der Druckwelle auf das Öffnungsverhalten des wenigstens einen Injektors, jeweils voneinander entkoppelt, beschreibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines wenigstens einen Injektor aufweisenden Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine sowie ein entsprechendes Steuergerät gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche.
  • In Kraftstoffeinspritzsystemen insbesondere selbstzündender Brennkraftmaschinen werden die mittels Injektoren in Verbrennungsräume eingespritzten Kraftstoffmengen auf mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt, welche zeitlich eng angeordnet sind und bspw. aus einer oder mehreren zeitlich vor einer Haupteinspritzung applizierten Voreinspritzung(en) bestehen. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Teileinspritzungen wird durch die Pausenzeit zwischen zwei elektrischen Ansteuerimpulsen der Injektoren bewirkt. So wird in einem aus der DE 100 02 270 C1 bekannten „Common-Rail-(CR-)Einspritzsystem" Kraftstoff in einem Hochdruckspeicher (Rail) zwischengespeichert, bevor dieser den einzelnen Injektoren zugeführt wird. Die Teileinspritzungen ermöglichen eine verbesserte Gemischaufbereitung und damit geringere Abgasemissionen der Brennkraftmaschine, eine verringerte Geräuschentwicklung bei der Verbrennung sowie eine erhöhte mechanische Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine.
  • Bei den genannten Teileinspritzungen kommt der Genauigkeit der jeweiligen Einspritzmenge große Bedeutung zu. Nun bewirkt aber jede Einspritzung einen kurzzeitigen Ein bruch des Kraftstoffdruckes in einer vom Rail zu dem betreffenden Injektor angeordneten Leitung. Ein solcher Druckeinbruch führt nach Beendigung der Ansteuerung des Injektors zu einer zwischen dem Rail und dem Injektor auftretenden Kraftstoffdruckwelle, deren Einfluss auf die Einspritzmenge der jeweils nachfolgenden Teileinspritzung mit zunehmendem zeitlichen Abstand zwischen den jeweils benachbarten Teileinspritzungen abnimmt. Dieser Druckwelleneffekt verstärkt sich bei steigender Hubfrequenz der Düsennadel des Injektors, so dass seiner Beachtung insbesondere auch in zukünftigen Einspritzsystemen, bei denen hochschnelle Piezosteller als Einspritzaktoren zur Düsennadelsteuerung in dem jeweiligen Injektor zum Einsatz kommen, eine zunehmende Bedeutung zukommt.
  • Da das beschriebene Druckwellenphänomen streng systematischer Natur ist, und zwar im Wesentlichen von dem zeitlichen Abstand der beteiligten Einspritzungen, der eingespritzten Kraftstoffmenge, dem hydraulischen Kraftstoffdruck sowie der Kraftstofftemperatur im Rail abhängt, ist eine Kompensation durch eine geeignete Ansteuerfunktion im Motorsteuergerät realisierbar. Bei einem aus der DE 101 23 035 A1 bekannten Ansatz zur Minimierung des Druckwelleneinflusses wird der Einfluss auf die Einspritzmenge des jeweiligen Injektors ausgemessen und die Ergebnisse dieser Vermessung bei der Voreinstellung der Ansteuerdaten des Injektors berücksichtigt, und zwar basierend auf einer vorab empirisch oder experimentell ermittelten Kraftstoff-Mengenwelle als Funktion des zeitlichen Abstandes zwischen den betroffenen Teileinspritzungen. Der gemessene Mengeneinfluss auf eine nachfolgende Einspritzung wird in Kennfeldern abgelegt und der Mengeneinfluss dann während des Betriebs der Brennkraftmaschine durch entsprechende Veränderung der Bestromungsdauer des die jeweilige nachfolgende Einspritzung bewirkenden Aktors kompensiert.
  • Die Bedatung der genannten Kennfelder erfolgt experimentell mittels Messungen an einem Hydraulik-Prüfstand. Hierbei werden die beeinflussten Mengen in Form so genannter „Mengenwellen" als Funktion des Abstandes zwischen den betroffenen Teileinspritzungen ermittelt und mit Hilfe eines speziellen Algorithmus zur Bedatung verwendet. Die damit ermittelten Mehr- oder Mindermengen werden in den genannten Kennfeldern abgelegt und zur Laufzeit eines CR-Steuerprogramms durch entsprechendes In-Abzug-Bringen in einem Mengenpfad der Motorsteuerung kompensiert.
  • Bei der genannten Druckwellenkorrektur haben prinzipiell eine Anzahl von Eingangs- und Ausgangsgrößen berücksichtigt zu werden, wobei sich der genaue Zusammenhang zwischen diesen Größen äusserst komplex darstellt, da zwischen den Eingangsgrößen insbesondere Abhängigkeiten bzw. Wechselwirkungen bestehen. Dadurch müssen bei der Druckwellenkorrektur erhebliche Vereinfachungen gemacht werden, um das Druckwellenphänomen mit nur möglichst wenigen Kennfeldern abbilden zu können, wodurch bei der Abbildung der Druckwellensystematik ein beträchtlicher Anteil der prinzipiell möglichen Korrekturgenauigkeit eingebüßt wird.
  • Es ist daher wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine gegenüber dem Stand der Technik präzisere Druckwellenkorrektur ermöglicht wird, welche den Einfluss möglichst vieler Eingangs- und/oder Ausgangsgrößen bei der Druckwellenkorrektur mit möglichst geringen Vernachlässigungen berücksichtigt.
  • Vorteile der Erfindung
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die eingangs beschriebene Druckwellenkorrektur auf der Grundlage eines physikalischen Modells durchzuführen, welches die Wirkung einer Druckwelle auf das dynamische Öffnungsverhalten eines Injektors beschreibt. Mittels einer entsprechenden Modellrechnung wird eine Entkopplung von Ursache (hier: Druckwelle) und Wirkung (hier: Verändertes Öffnungsverhalten des Injektors und somit abweichende Einspritzmenge) erreicht. Aufgrund der physikalischen Grundlage des Modells werden die Einflüsse der einzelnen Eingangsparameter auf die Einspritzmenge genauer erfasst als beim eingangs beschriebenen kennfeldbasierten Ansatz.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines hier betroffenen Einspritzsystems zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Druckwellenkorrektur auf der Grundlage eines physikalischen Modells durchgeführt wird, welches die Wirkung der Druckwelle auf das Öffnungsverhalten des wenigstens einen Injektors, jeweils voneinander entkoppelt, beschreibt. Die Erfindung ermöglicht eine gegenüber dem Stand der Technik präzi sere Berechnung des Einspritzmengenfehlers aufgrund von Druckwellen bei aufeinanderfolgenden Einspritzungen in einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine.
  • Die Korrekturdaten der genannten für jeden Injektor individuell berechneten Korrekturfunktion werden bevorzugt jeweils in Form von Steuerdaten an ein Steuergerät der Brennkraftmaschine übermittelt, welches in dieser Ausführungsform die genannte Druckwellenkorrektur anhand geeigneter Rechen- und Steuermittel durchführt.
  • Die genannte Trennung von Ursache und Wirkung ermöglicht bevorzugt die Realisierung der Druckwellenkorrektur in einem erfindungsgemäßen Steuergerät als quasi geregelte Korrekturfunktion, welche den Einspritzmengenfehler aus einem fortwährend gemessenen Leitungsdrucksignal berechnet, wobei die Berechnung sogar in Echtzeit erfolgen kann.
  • Die Erfindung ist bevorzugt in einem mittels hochschneller Piezoinjektoren getriebenen Common-Rail-Einspritzsystem insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit den genannten Vorteilen einsetzbar, und zwar sowohl bei zeitlich aufeinander folgenden Vor- und Haupteinspritzungen sowie Haupt- und Nacheinspritzungen als auch bei entsprechend aufeinander folgenden einzelnen Voreinspritzungen. Es versteht sich allerdings, das die Erfindung auch bei konventionellen Injektoren der hier betroffenen Art mit den genannten Vorteilen einsetzbar ist.
  • Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch eingehender erläutert, aus denen weitere Besonderheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung hervorgehen.
  • Im Einzelnen zeigen
  • 1 die schematische Darstellung eines zum Einsatz der vorliegenden Erfindung geeigneten im Stand der Technik bekannten Common-Rail-Einspritzsystems
  • 2 eine schematische, ausschnittweise Darstellung eines Kraftstoffeinspritzventils (Injektors) im Längsschnitt eines in der 1 dargestellten Einspritzsystems;
  • 3 ein an sich bekanntes Einspritzschema mit einer Haupteinspritzung und einer Voreinspritzung anhand entsprechender Ansteuersignale eines Einspritzaktors, insbesondere zur Illustration des bei der Erfindung zugrunde liegenden Druckwelleneffektes;
  • 4 ein kombiniertes Block-/Flussdiagramm zur Illustration der erfindungsgemäßen Vorgehensweise; und
  • 5a, b schematische Injektoransteuerungen und resultierende Einspritzverläufe insbesondere zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Trennung von Ursache und Wirkung.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • In der 1 sind für das Verständnis der Erfindung erforderliche Bauteile eines hochdruckbasierten Kraftstoffeinspritzsystems am Beispiel eines Common-Rail-(CR-)Einspritzsystems dargestellt. Mit 1 ist ein Kraftstoffvorratsbehälter bezeichnet. Der Kraftstoffvorratsbehälter 1 steht zur Förderung von Kraftstoff über einen ersten Filter 5 sowie eine Vorförderpumpe 10 mit einem zweiten Filter 15 in Verbindung. Vom zweiten Filter 15 aus gelangt der Kraftstoff über eine Leitung zu einer Hochdruckpumpe 25. Die Verbindungsleitung zwischen dem zweiten Filter 15 und der Hochdruckpumpe 25 steht ferner über eine ein Niederdruckbegrenzungsventil 45 aufweisende Verbindungsleitung mit dem Vorratsbehälter 1 in Verbindung. Das Niederdruckbegrenzungsventil 45 ist in der Regel ein Bestandteil der Hochdruckpumpe 25. Die Hochdruckpumpe 25 steht mit einem Rail 30 in Verbindung. Das Rail 30 wird auch als (Hochdruck-)Speicher bezeichnet und steht wiederum über Kraftstoffleitungen mit verschiedenen Injektoren 31 in druckleitender Verbindung. Über ein Druckablassventil 35 ist das Rail 30 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 1 verbindbar. Das Druckablassventil 35 ist mittels einer Spule 36 steuerbar.
  • Die Leitungen zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 25 und dem Eingang des Druckablassventils 35 werden als „Hochdruckbereich" bezeichnet. In diesem Bereich steht der Kraftstoff unter hohem Druck. Der Druck im Hochdruckbereich wird mittels eines Sensors 40 erfasst. Die Leitungen zwischen dem Kraftstoffvorratsbehälter 1 und der Hochdruckpumpe 25 werden hingegen als „Niederdruckbereich" bezeichnet. Eine Steuerung 60 beaufschlagt die Hochdruckpumpe 25 mit einem Ansteuersignal AP, die Injektoren 31 jeweils mit einem Ansteuersignal A und/oder das Druckablassventil 35 mit einem Ansteuersignal AV. Die Steuerung 60 verarbeitet verschiedene Signale unterschiedlicher Sensoren 65, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeuges, welches von dieser Brennkraftmaschine angetrieben wird, charakterisieren. Ein solcher Betriebszustand ist bspw. die Drehzahl N der Brennkraftmaschine.
  • Das in der 1 gezeigte Einspritzsystem arbeitet wie folgt. Der Kraftstoff, der sich im Kraftstoffvorratsbehälter 1 befindet, wird mittels der Vorförderpumpe 10 durch den ersten Filter 5 und den zweiten Filter 15 hindurch gefördert. Steigt der Druck im genannten Niederdruckbereich auf unzulässig hohe Werte an, so öffnet das Niederdruckbegrenzungsventil 45 und gibt die Verbindung zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe 10 und dem Vorratsbehälter 1 frei. Die Hochdruckpumpe 25 fördert die Kraftstoffmenge Q1 vom Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich. Die Hochdruckpumpe 25 baut dabei im Rail 30 einen sehr hohen Druck auf. Üblicherweise werden bei Einspritzsystemen für fremdgezündete Brennkraftmaschinen (z.B. Benzindirekteinspritzern) maximale Druckwerte von mehr als 100 bar (bspw. 200 bar) und bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen maximale Druckwerte von etwa 1000 bis 2000 bar erzielt. Mittels der Injektoren 31 kann der Kraftstoff damit unter hohem Druck den einzelnen Verbrennungsräumen (Zylindern) der Brennkraftmaschine zugemessen werden. Mittels des Sensors 40 wird der Druck pRail im Rail bzw. im gesamten Hochdruckbereich erfasst. Mittels der steuerbaren Hochdruckpumpe 25 und/oder des Druckablassventils 35 wird der Druck im Hochdruckbereich geregelt. Als Vorförderpumpe 10 werden üblicherweise Elektrokraftstoffpumpen eingesetzt. Für höhere Fördermengen, die insbesondere bei Nutzkraftfahrzeugen erforderlich sind, können auch mehrere parallel geschaltete Vorförderpumpen eingesetzt werden.
  • Es ist anzumerken, dass grds. auch andere Hochdruck-Systemauslegungen als die vorbeschriebene denkbar und bereits realisiert sind, welche allerdings als Untereinheit des in der 1 dargestellten Einspritzsystems aufgefasst werden können. Bei diesen Systemen entfällt bspw. das Druckablassventil 35.
  • In der 2 ist ein aus der DE 100 02 270 C1 hervorgehendes piezoelektrisch getriebenes Einspritzventil (Injektor) 101 in einer Schnittzeichnung dargestellt. Das Einspritzventil 101 weist eine piezoelektrische Einheit 104 zur Betätigung eines in einer Bohrung 113 eines Ventilkörpers 107 axial verschiebbaren Ventilglieds 103 auf. Das Einspritzventil 101 weist ferner einen an die piezoelektrische Einheit 104 angrenzenden Stellkolben 109 sowie einen an ein Ventilschließglied 115 angrenzenden Betätigungskolben 114 auf. Zwischen den Kolben 109, 114 ist eine als hydraulische Übersetzung arbeitende Hydraulikkammer 116 angeordnet. Das Ventilschließglied 115 wirkt mit wenigstens einem Ventilsitz 118, 119 zusammen und trennt einen Niederdruckbereich 120 von einem Hochdruckbereich 121. Eine nur schematisch angedeutete elektrische Steuereinheit 112 liefert die Ansteuerspannung für die piezoelektrische Einheit 104, und zwar in Abhängigkeit vom jeweils herrschenden Druckniveaus im Hochdruckbereich 121. Im dem Hochdruckbereich 121 des Einspritzventils 101 sind zusätzlich eine Ablaufdrossel 130 und eine Zulaufdrossel 131 angeordnet. Das Stellverhältnis Ablauf/Zulauf dieser beiden Drosseln 130, 131 wird mittels eines Steuerventils 132 eingestellt.
  • Wie bereits erwähnt, sind die in den 1 und 2 gezeigten Piezo-Systeme nur als bevorzugtes Anwendungsbeispiel aufgeführt und das nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung grds. auch bei herkömmlichen Injektorsystemen anwendbar.
  • In der 3 sind typische Ansteuersignalverläufe für einen in den 1 und 2 gezeigten Injektor im Falle einer Haupteinspritzung 200 und einer zeitlich vorausgehenden Voreinspritzung 205 dargestellt. Die gezeigten fünf Signalverläufe repräsentieren unterschiedliche zeitliche Ansteuerzustände, bei denen der zeitliche Abstand (elektrische Pausenzeit) zwischen den beiden Ansteuersignalen 200, 205, in der Darstellung von oben nach unten gesehen, schrittweise bis auf ein Minimumwert t_diff_min verringert ist. Vorliegend sei nun angenommen, dass der aus der Applikation sich ergebende zeitliche Ab stand delta_t_start so gewählt ist, dass eine durch die Voreinspritzung 205 hervorgerufene Druckwelle im Rail bis zur Ansteuerung der Haupteinspritzung 200 wieder abgeklungen ist. Entsprechende Werte sind in Form von Erfahrungswerten an sich vorbekannt. Ferner sei angenommen, dass die in der untersten Kurve dargestellte Zeitdifferenz t_diff_min zwischen den Einspritzungen einem minimalen Zeitabstand entspricht, bei dem die durch die Voreinspritzung 205 bewirkte Druckwelle bereits zu einer messbaren Veränderung einer Betriebskenngröße, bevorzugt zu einer Momentenänderung der Brennkraftmaschine, führt.
  • Es versteht sich, dass die in der 3 gezeigten beiden Einspritzungen nur zu Illustrationszwecken dienen und daher das erfindungsgemäße Verfahren auch auf die zeitliche Applikation mehrerer Einspritzungen entsprechend anwendbar sind, wobei sich selbstverständlich auch einzelne, zeitlich benachbarte Voreinspritzungen aufgrund von Druckwellen in der hierin beschriebenen Weise beeinflussen können.
  • Der oben erwähnte Druckwelleneffekt lässt sich anhand der 3 wie folgt erklären. Ist die Voreinspritzung ,VE' 205 zeitlich ausreichend weit von der Haupteinspritzung ,HE' 200 entfernt, vorliegend also mit dem Abstand t_diff_start, so ist die durch sie ausgelöste Druckwelle bis zur Haupteinspritzung 200 bereits abgeklungen und wirkt sich damit auf die bei der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge nicht mehr aus. Dieses Zeitintervall ist unter anderem wegen der bekanntermaßen druckabhängigen Wellengeschwindigkeit im Wesentlichen abhängig vom momentan im Rail vorliegenden Raildruck. Ein empirisch ermittelter geeigneter Ausgangswert für t_diff_start beträgt beispielsweise >4 ms. Wird nun der genannte zeitliche Abstand variiert, indem der Ansteuerbeginn der Haupteinspritzung konstant bleibt, die Voreinspritzung aber zeitlich dichter an die Haupteinspritzung heran geführt wird, so ergibt sich ab einem bestimmten Abstand eine Beeinflussung der Haupteinspritzmenge, da aufgrund der Druckwelle der Druck insbesondere im Bereich der in der 2 gezeigten Düsennadel des Injektors im Zeitpunkt des Öffnens und während der Öffnung der Düsennadel entweder aufgrund eines Wellenbergs der Druckwelle erhöht oder aufgrund eines Wellentals erniedrigt ist. Daraus ergibt sich ein Mengen- bzw. Momenteneffekt, der bspw. mittels eines Drehzahlsignals der Brennkraftmaschine sensierbar ist. Alternativ ist auch die Sensierung des Mengeneffektes in an sich bekannter Weise über eine Lambda-Sonde bzw. deren Steuerung möglich.
  • Anhand der 4 wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise bei der genannten Druckwellenkorrektur (DWK) anhand eines kombinierten Block-/Flussdiagramms, und zwar im Vergleich zum Stand der Technik, beschrieben.
  • Die Druckwellenkompensationsfunktion (DWK-Funktion) legt in der im Stand der Technik bekannten Struktur im Wesentlichen den an einem Referenzsystem gemessenen Mengen-Einfluss einer verursachenden Einspritzung Q1 auf die nachfolgende Einspritzung Q2 in Kennfeldern ab und verändert damit über eine Korrekturmenge ΔQ2 die Bestromungsdauer der nachfolgenden Einspritzung. Die Zusammenhänge zwischen den fünf wesentlichen Eingangsgrößen tdiff(= elektrische Pausenzeit zwischen zwei Teileinspritzungen), Q1 und Q2 (= Mengen der beteiligten Teileinspritzungen), Raildruck pRail und der Temperatur des Kraftstofffluids zwischen Rail und Düse TDWK und der Ausgangsgröße ΔQ2 erweisen sich trotz ihrer Systematik als hochgradig komplex, da zwischen den Eingangsgrößen die genannten Abhängigkeiten der Form ΔQ2 = f(pRail, Q1, Q2, tdiff, TDWK) bestehen. Dies hat bislang zu den ebenfalls genannten Vereinfachungen bei der Abbildung des Druckwellenphänomens mit Hilfe der genannten Kennfelder geführt, wobei die funktionalen Zusammenhänge auf mehrere 2-dimensionale Kennfelder der Form ΔQ2 = S(pRail, Q2)·ΔQGFK(Q1, tdiff,skal.), wobei tdiff,skal. = P(pRail, Q1) + tdiff·F(pRail, TDWK) abgebildet werden, welche miteinander verrechnet werden. Durch die genannte Beschränkung auf 2-dimensionale Abhängigkeiten, die rein empirisch festgelegt werden, entstehen erhebliche Einbußen in der Berechnungsgenauigkeit.
  • Erfindungsgemäß wird die genannte Mengenwelle, d.h. der Einspritzmengenfehler als Funktion des Zeitabstandes tdiff zwischen zwei Einspritzungen, aus einer gemessenen Druckwelle in der Zuleitung zum jeweiligen Injektor bestimmt. Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Erkenntnis, dass der Einspritzmengenfehler mit dem Gradienten der Druckwelle am Injektor (bzw. an der Injektordüse) korreliert. Daraus wird die folgende Modellvorstellung abgeleitet:
    Grundlage für die Berechnung des Einspritzmengenfehlers ist hauptsächlich der Öffnungszeitpunkt der Düsennadel des Injektors und in untergeordneter Form der Einspritzdruck während der Einspritzung. Da größere Einspritzungen eine längere Nadelöffnungsphase aufweisen, steht der Druckwelle ein größerer zeitlicher Wirkbereich tWirk auf die Nadelöffnungsphase zur Verfügung. Relevant für die Mehrmenge ist nur der mittlere Druckwellengradient, der sich nach Anwendung eines entsprechenden Mittelwertfilters der Größe tWirk ergibt. Der mittlere Druckgradient unter der Düsennadel verändert das Öffnungsverhalten der Düsennadel. Es besteht ein linearer Zusammenhang zwischen der Öffnungsphase der Düsennadel und dem mittleren Druckgradienten im Bereich des Nadelöffnens. Somit besteht ebenfalls ein direkter, linearer Zusammenhang zwischen der Einspritzdauer und dem Druckgradienten. Da auch die Einspritzdauer und die daraus resultierende Einspritzmenge zueinander direkt proportional sind, ergibt sich insgesamt ein linearer Zusammenhang zwischen der Einspritzmenge und dem mittleren Druckgradienten in der unmittelbaren zeitlichen Umgebung des Nadelöffnens.
  • In den 5a und 5b ist die bereits genannte erfindungsgemäße Trennung zwischen Ursache (Druckwelle) und Wirkung (Öffnungsverhalten des Injektors) illustriert. In der 5a sind gleichzeitig eine typische Ansteuerung 500, ein resultierender Nadelhub 505 sowie ein resultierender Druckverlauf 510 dargestellt. Wie aus der 5a zu ersehen, erzeugt die Ansteuerung 500 eine Druckwelle (genannte „Ursache") mit einer definierten Form und einem definierten Abklingverhalten. Die „Wirkung" der Druckwelle 510 auf eine nachfolgende Teileinspritzung besteht in einer veränderten Nadeldynamik und führt damit zu einer fehlerhaften Einspritzmenge. In der 5b sind wieder eine ähnliche Ansteuerung 500', der daraus resultierende Nadelhub 505' und der resultierende Druckverlauf 510' dargestellt. Mit Bezugszeichen 507 (gestrichelte Linie) ist das ideale Nadelhubverhalten, d.h. ohne den Druckwelleneinfluss, dargestellt, wohingegen die durchgezogene Linie 505' das durch die Druckwelle veränderte Nadelhubverhalten schematisch illustriert. Gemäß der beschriebenen Modellvorstellung nimmt der Druckwellengradient hauptsächlich während der Nadelöffnungsphase Einfluss auf die Nadelbewegung, wie Simulationen und Messungen an einem realen Einspritzsystem ergeben haben. Der Injektor „tastet" die Druckwelle wie ein Sensor mit dem in der 5b gezeigten Auflösungsvermögen tWirk 515 ab. Ausgabewert dieses „Sensors" ist die Mehrmenge ΔQ. Die Größe TWirk steigt mit zunehmender Sollmenge Q2.
  • Auf der Basis der vorbeschriebenen Modellvorstellung erfolgt die technische Umsetzung in der in 4 gezeigten Weise. In Schritt 400 wird zunächst die Zeitachse der Druckwelle auf die tdiff-Achse der Mengenwelle transformiert. Dies geschieht bevorzugt durch Verschiebung der Zeitachse der Druckwelle um tVerzug = f(Q2, pRail), so dass zu einer Kombipunktsituation des Zeitabstandes tdiff genau der Druck zum Zeitpunkt des Nadelöffnens der zweiten Einspritzung dargestellt ist. Gemäß Schritt 405 wird das gemessene Druckwellensignal durch Anwendung eines Mittelwertfilters der Breite tWirk = f(Q2, pRail) geglättet. Im Anschluss daran wird die 1. Ableitung des geglätteten Drucksignals berechnet (Schritt 410) und der im Schritt 405 ermittelte mittlere Druckgradient in einen Einspritzmengenwert umgerechnet (Schritt 415), und zwar bevorzugt durch Anwendung eines Skalierungsfaktors s = f(Q2, pRail). Die Umrechnung in Schritt 415 betrifft bevorzugt eine Einheitentransformation von der Einheit bar/s in die Einheit mm3.
  • Die genauen Werte der Umrechnungsparameter tVerzug, tWirk und s werden bevorzugt durch Messungen am Hydraulikprüfstand ermittelt. Die genannte Messung der Leitungsdruckwellen erfolgt bevorzugt am Kraftfahrzeug im Fahrbetrieb mittels einer an sich bekannten und dem Fachmann geläufigen Drucksensorik, und zwar unter beliebigen Lastzuständen. Daher ist auch die erfindungsgemäße Bestimmung der Mengenwellen zur Bedatung der konventionellen DWK-Struktur mit erheblich verringertem Kosten- und Zeitaufwand, jedoch unter gleichzeitig detailgetreueren motorischen Randbedingungen möglich.
  • In Situationen, in denen im CR-Einspritzsystem kein Drucksensor zur Verfügung steht, um die ursächlichen Druckwellen direkt zu messen, werden die sich einstellenden Druckwellen in Abhängigkeit von pRail, TDWK und Q1 gemessen und in Kennfeldern abgelegt oder nach einem mathematischen Ansatz berechnet. Demgegenüber werden in Situationen, in denen ein Drucksensor zur Verfügung steht, die Druckschwingungen zwischen Injektor und Rail unmittelbar erfasst. Durch Anwendung des vorbeschriebenen Korrekturverfahrens wird dann auf der Basis der gemessenen Druckwelle direkt auf den zu erwartenden Mengenfehler geschlossen.
  • Die schließliche Druckwellenkorrektur der Ansteuerdaten bzw. Steuersignale der einzelnen Injektoren erfolgt in an sich bekannter Weise durch geeignete Veränderungen der Ansteuerdauern, wie bspw. in der eingangs zitierten DE 101 23 035 A1 ausführlich beschrieben. Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuergerätes bzw. in Form eines entsprechenden Steuercodes implementiert werden, wobei das Steuergerät Rechenmittel aufweist, mittels derer zunächst eine vorbeschriebene Druckwellenkorrektur für die einzelnen Injektoren durchgeführt wird und Steuermittel, mittels derer ein die momentan einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmendes Steuersignal der Injektoren entsprechend korrigiert wird.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Steuerung eines wenigstens einen Injektor (101) aufweisenden Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzumessung in eine erste Teileinspritzung (VE) und wenigstens eine weitere Teileinspritzung (HE) aufgeteilt ist und wobei ein die mittels des wenigstens einen Injektors (101) einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmendes Steuersignal (200, 205) in Abhängigkeit von einer Druckwellenbeeinflussung der wenigstens zwei Teileinspritzungen (VE, HE) korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwellenkorrektur auf der Grundlage eines physikalischen Modells durchgeführt wird, welches die Wirkung der Druckwelle (510) auf das Öffnungsverhalten des wenigstens einen Injektors (101), jeweils voneinander entkoppelt, beschreibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwellenkorrektur anhand des Öffnungszeitpunktes einer Düsennadel (2) des wenigstens einen Injektors (101) durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwellenkorrektur des an dem wenigstens einen Injektor (101) anliegenden Druckgradienten erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgradient einer Mittelwertbildung unterzogen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Druckwellenkorrektur die Zeitachse der Druckwelle (510) auf eine Zeitdifferenzachse einer Mengenwelle transformiert wird, dass die Zeitachse der Druckwelle um eine Verzugszeit so verschoben wird, dass der Druck zum Zeitpunkt des Öffnungszeitpunktes einer Düsennadel (2) des wenigstens einen Injektors (101) der jeweils nachfolgenden Teileinspritzung (HE) dargestellt wird, dass der Druckgradient geglättet wird, dass die mathematische erste Ableitung des geglätteten Druckgradienten gebildet wird und dass der geglättete Druckgradient mittels eines Skalierungsfaktors in einen Einspritzmengenwert (Qi) umgerechnet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwellenkorrekur mittels einer quasi-geregelten Druckwellenkorrekturfunktion erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Einspritzsystem, welches keinen Drucksensor zur Erfassung des Druckgradienten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die in Abhängigkeit von Eingangs- und/oder Ausgangsparametern sich ergebenden Druckwerte einer Druckwelle (510) gemessen und in einem Kennfeld abgelegt werden.
  8. Steuergerät zur Steuerung eines wenigstens einen Injektor (101) aufweisenden Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzumessung in eine erste Teileinspritzung (VE) und wenigstens eine zweite Teileinspritzung (HE) aufgeteilt ist und wobei ein die mittels des wenigstens einen Injektors (101) einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmendes Steuersignal (200, 205) in Abhängigkeit von einer Druckwellenbeeinflussung der wenigstens zwei Teileinspritzungen (VE, HE) korrigiert wird, gekennzeichnet durch Rechen- und Steuermittel zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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